Votre guide du ciel nocturne

ciel
Canada
Le
au
Gracieuseté de l’Observatoire Gemini/AURA
Traînées
d’étoiles et
Gemini Sud
www.cnrc-nrc.gc.ca/babillard-techno-sciences
Implanté au Chili ce télescope
optique, fruit d’une collaboration multinationale, produit
quelques-unes des images
les plus nettes de l’Univers.
En arrière-plan, des traînées
Gracieuseté du télescope Canada-France-Hawaï/Coelum
d’étoiles circulaires produites
par la rotation de la Terre furent
Galaxie spirale de profil
captées par photographie à
Située à environ 30 millions d’années-lumière de nous,
exposition prolongée.
cette grande galaxie composée de milliards d’étoiles,
NGC 4565, est vue de côté. Elle est en forme de spirale,
comme notre propre Voie lactée, qui se détache du fond
de ciel noir sous la forme d’une bande de lumière pâle.
La Voie lactée
en perspective
Cette image, créée à partie d’ondes radio, montre des
La nébuleuse
« Tête du cheval »
grumeaux et des filaments de gaz d’hydrogène froid en
silhouette sur fond d’hydrogène plus chaud. L’origine
de ces nuages reste un mystère, mais il se pourrait
La « Tête du cheval » fait partie d’un gigantesque nuage
qu’il s’agisse de la première étape dans la conversion
de gaz et de poussières à l’état moléculaire, une région
du gaz interstellaire froid en une nouvelle étoile.
L’image de fond de cette
de formation d’étoiles qui n’est qu’à 1 500 années-lumière,
affiche montre une portion de
dans la constellation d’Orion. La lumière qui se dégage
l’amas de galaxies Virgo, situé
des jeunes étoiles bleues et chaudes est réfléchie par les
à environ 70 millions d’années-lumière.
particules de poussière contenues dans les régions plus
Cet amas contient plus de 2 000 galaxies,
denses du nuage pour créer cet effet de silhouette.
elliptiques géantes, spirales – certaines d’entre
elles ressemblant à notre Voie lactée – et irrégulières,
dépourvues de toute structure organisationnelle évidente.
Gracieuseté du télescope Canada-France-Hawaï/Coelum
Nébuleuse Trifide
Gracieuseté de Canadian Galactic Plane Survey
L’observation de cette très belle nébuleuse a été
recommandée par une jeune fille canadienne de
13 ans. Située dans la constellation du Sagittaire,
Trifide est un nuage de gaz dynamique où des
étoiles naissent. Une étoile massive présente
dans cette nébuleuse y est née il y a 100 000 ans.
Gracieuseté de Jack Newton, C.-B.
Aurore boréale
La comète Hale-Bopp
Les aurores qui dansent dans le ciel canadien varient
Cette brillante « étoile chevelue » est passée à travers
du vert au blanc et au rouge. Ces étalages spectaculaires
le ciel canadien au printemps 1997. Comme toutes
sont créés lorsque des particules solaires électriquement
les comètes, elle arborait une traînée de poussière
chargées sont emprisonnées par le champ magnétique de
Gracieuseté du télescope Canada-France-Hawaï/Coelum
la Terre et entrent en collision avec la haute atmosphère,
blanche et une traînée de gaz bleue pointant dans la
ce qui provoque une luminescence semblable à celle
direction opposée au Soleil. Les queues s’étendaient
jusqu’à 100 millions de km du noyau.
Gracieuseté de Terence Dickinson, Est de l’Ontario
d’une lampe au néon.
Gracieuseté de l’Observatoire Gemini/AURA
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(queue)
Aigle
Capricorne
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Serpent
(tête)
Vierge
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Arcturus
Corbeau
Couronne
boréale
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Cygne
Dragon
Chevelure de Bérénice
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Altair
Lyre
Bouvier
Deneb
10
Grande Ourse
Pégase
Céphée
Verseau
5
Polaris
Petite Ourse
Lion
Hydre
femelle
Cassiopée
Regulus
Andromède
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Poissons
Cocher
Gémeaux
Capella
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Cancer
Petit Chien
Persée
Bélier
Pléiades
5
Procyon
Bételgeuse
Baleine
Taureau
Orion
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Lièvre
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National Research
Council Canada
10
Conseil national
de recherches Canada
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www.cnrc-nrc.gc.ca/babillard-techno-sciences
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Pour plus d’information, visitez :
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15
10
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Eridan
25
Grand Chien
0
Rigel
l
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Sirius
Le cherche-étoiles sert à trouver la partie du ciel nocturne qui
est visible selon le moment de l’année. À l’aide du chercheétoiles, faites une liste des constellations et des étoiles qui
devraient être visibles à certaines dates choisies et comparez avec
ce que vous voyez réellement. Avez-vous vu tout ce que vous aviez
prévu? Dans la négative, pourquoi? Énumérez les facteurs qui
ont pu influencer les conditions d’observation du ciel nocturne.
http://www.cnrc-nrc.gc.ca/fra/education/profs/commander.html
15
0
ACTIVITÉS POUR LES ÉLÈVES
et pour commander des copies additionnelles, visitez :
Sagittaire
n
25
On mesure les distances apparentes entre les étoiles et
les groupes d’étoiles en degrés (360 degrés équivalent à un
cercle complet). Il ne s’agit pas d’une mesure des distances
réelles, mais bien d’une méthode simple pour trouver les
Serpentaire
Balance
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m a r
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MESURER LES DISTANCES SUR LA VOÛTE CÉLESTE
National Research
Conseil national
de recherches Canada Council Canada
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D É C O U P E Z L ' O VA L E L E L O N G D E
LA LIGNE NOIRE
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R E P L I E Z L E S R A B AT S L E L O N G D E S L I G N E S
Ultra-violet
▲
POINTILLÉES AFIN DE RETENIR LA CARTE DU CIEL.
Lumière visible
▲
Infrarouge lointain
▲
6H
A LT I T U D E ( K I L O M È T R E S )
▲
10
e
Inventez un étranger : Pour ce faire, vous devez faire une
recherche sur les conditions naturelles qui existent sur un astre
(température, atmosphère, présence d’eau, composition du sol,
etc.) Décrivez cette créature et expliquez comment elle peut
survivre sur la planète que vous avez choisie. Dessinez-la et
donnez-lui un nom.
ja
20
5. Pour trouver les étoiles et constellations qui sont visibles
à une certaine date ou pendant un mois donné, faites
simplement pivoter le cercle représentant la carte du ciel pour
l’amener à la date et à l’heure correspondantes. La partie du
ciel qui apparaît dans l’ovale est celle qui est visible.
5
15
4. Glissez la carte du ciel dans les rabats.
Scorpion
10
boréales qu’on voit sur cette affiche? A-t-on besoin d’un télescope pour les observer? Dans une aurore boréale, parvient-on
à distinguer des formes et des couleurs? Si vous avez la chance
de voir une aurore boréale, dessinez-la ou, mieux encore, photographiez-la si vous le pouvez. Sur un site Web, ajoutez une
page sur les aurores boréales et racontez l’expérience que vous
avez vécue lorsque vous avez assisté à ce spectacle fascinant.
Faites une recherche sur les causes de ce phénomène. Rédigez
un court rapport pour commenter votre dessin ou votre photo.
3. La figure B est un guide qui vous permettra de savoir
quelles étoiles et constellations sont visibles dans le ciel selon
l’heure et la date. Découpez l’ovale tel qu’indiqué et repliez
les rabats.
25
5
Les aurores boréales : Comment se produisent les aurores
2. La figure A est une version réduite de la carte du ciel au
recto de l’affiche. Découpez le cercle représentant la carte du
ciel et collez-le sur une feuille de carton.
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10
5
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10
20
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n
d é c e m
b r
e
25
1. Voyez les figures A et B et photocopiez-les.
phases de la Lune. L’un d’eux (le « Soleil »), éclaire les deux
autres (la « Terre » et la « Lune ») à l’aide d’une lampe de
poche qu’il ne doit pas déplacer. L’élève « Lune » fait alors
le tour de la « Terre » pour illustrer les différentes phases.
Éprouvez-vous des difficultés? Faites un schéma représentant les
phases de la Lune.
5
25
20
Remarque intéressante : La magnitude est une mesure de la
luminosité optique des étoiles. C’est une échelle qui va de
valeurs négatives à des valeurs positives. Les étoiles de première
magnitude sont assez brillantes alors que la sixième magnitude
est généralement la limite de ce que l’on peut détecter à
l’œil nu. L’étoile la plus brillante du ciel est Sirius, dans la
constellation du Grand Chien, qui est de magnitude -1,5.
Les phases de la Lune : Trois élèves peuvent reproduire les
r e
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Les comètes
Les comètes, surnommées « boules de neige sales », sont constituées de glace qui serait restée en excès après la formation du
système solaire. Celles qui ont une orbite elliptique mettent
parfois des centaines ou des milliers d’années pour effectuer
une révolution autour du Soleil. Lorsqu’une comète s’approche
de l’intérieur du système solaire, la chaleur du Soleil vaporise
(sublime) la glace dont elle est constituée; il se forme donc un
immense nuage de gaz et de poussière qui est repoussé
dans l’espace, où il prend l’aspect bien connu d’une queue
cométaire. En fait, il existe deux queues, une blanche formée
de poussière et une bleue faite de plasma, qui sont toujours
orientées en direction opposée au Soleil. La comète Hale-Bopp,
qui figure au recto de cette affiche, était visible dans le ciel
canadien au cours du printemps 1997.
Soleil disparaît à l’horizon. Revenez au même endroit une
heure plus tard et dessinez la position de trois étoiles brillantes.
Répétez cette observation à quelques jours d’intervalle pendant
trois semaines, puis comparez vos dessins. Sont-ils identiques?
Une heure après le coucher du soleil, les étoiles sont-elles
chaque jour dans la même position? Présentez vos conclusions à
la classe. Indice : Pour pouvoir effectuer les comparaisons, il faut
trouver un repère bien visible et toujours faire les observations
en se tenant au même endroit.
LE CHERCHE-ÉTOILES - Activité spéciale
Dans le ciel nocturne, on peut détecter environ 6 000 étoiles à
l’oeil nu bien que celles-ci ne soient pas toutes visibles en
même temps. Parmi les plus brillantes, beaucoup sont faciles à
repérer parmi les constellations. Les peuples anciens, inspirés
par les figures que formaient les étoiles dans le ciel, leur ont
donné les noms de créatures mythologiques, et c’est donc à
eux que l’on doit les noms de nombreuses constellations. Pour
trouver les étoiles et les constellations visibles à un certain
moment de l’année, vous devez consulter la carte du ciel et
fabriquer votre propre cherche-étoiles.
Mouvements des objets célestes : Notez l’heure à laquelle le
FIGURE A
5
Les étoiles se déplacent-elles?
Du point de vue d’un observateur sur la Terre, l’ensemble du
ciel semble toujours se déplacer. Ce déplacement « apparent »
des étoiles et des constellations est une illusion produite par le
mouvement de la Terre, qui pivote sur elle-même tout en
décrivant son orbite autour du Soleil. En effet, la Terre effectue
un tour d’Ouest en Est sur son axe toutes les 24 heures. Un
observateur situé en un point donné de la surface terrestre peut
voir différentes régions du ciel selon l’heure de la nuit. Sous
l’effet de cette rotation, les étoiles de l’hémisphère Nord
semblent tourner lentement d’Est en Ouest autour de l’étoile
Polaire, qui paraît pratiquement immobile. Ce déplacement
apparent est parfaitement mis en évidence par les photographies à longue exposition. Les étoiles y laissent des traînées,
comme celles qu’on voit très clairement sur la photo produite
par l’observatoire Gemini qui figure au recto de cette affiche.
La Terre parcourt son orbite autour du Soleil en 365 jours et
quart, soit une année terrestre; par conséquent, les étoiles qui
sont visibles pour un observateur situé en un point donné de la
planète varient forcément pendant cette période. Au cours des
saisons, la position et l’orientation de la Terre autour du Soleil
changent peu à peu, et différentes constellations apparaissent
dans le ciel. Par exemple, il est impossible de voir Orion entre
mai et juillet; cependant la Grande Ourse, qui est circumpolaire, est visible toute l’année bien que sa position change dans
Remarque intéressante : Au cours de l’année, les planètes
parcourent leur orbite autour du Soleil et changent donc de
position dans le ciel. Elles ne sont pas toujours visibles, mais il
est fréquent qu’on puisse observer une conjonction planétaire,
c’est-à-dire l’alignement de deux ou plusieurs planètes. Ce spectacle est particulièrement frappant lorsqu’il comprend la Lune.
étoiles dans le ciel. Il suffit de lever un bras tendu vers le ciel.
La largeur d’un doigt de la main vaut alors environ un degré,
trois doigts valent cinq degrés et un poing fermé, dix degrés.
La distance entre le petit doigt et l’index en étendant la main
équivaut à 15 degrés, et celle entre le petit doigt et le pouce
vaut 25 degrés. Trouvez maintenant la Grande Ourse. À
l’aide du système de mesure que nous venons de décrire,
mesurez :
La largeur du rectangle formé par la Grande Ourse (profondeur de la « casserole »), en degrés.
La distance entre le bord de la « casserole » (Grande Ourse)
et l’extrémité de son manche, en degrés.
La longueur du rectangle de la Grande Ourse.
Notez toutes ces observations sur un schéma. Combien de
degrés y a-t-il entre l’étoile Polaire et le rectangle de la Grande
Ourse?
15
La lune est « nouvelle » au moment où elle se trouve entre la
Terre et le Soleil. Au fur et à mesure qu’elle parcourt son orbite
autour de la Terre, le premier quartier survient environ 7 jours
plus tard, la pleine lune apparaît après 14 ou 15 jours et le
dernier quartier après 22 jours. Dans diverses religions, c’est
le cycle lunaire qui détermine les dates de certaines fêtes,
notamment Pâques et la Pâque juive.
7. Dans le domaine de l’astronomie, quels sont les progrès technologiques qui ont été accomplis au cours des 100 dernières
années? Décrivez les principales percées techno logiques et
expliquez quelles ont été leurs retombées pour cette discipline
scientifique.
10
Dernier quartier
6. Sur Internet, cherchez des images d’étoiles, de constellations
et de planètes. Rédigez une courte description des photos que
vous avez trouvées et dites à l’aide de quel type d’instrument
elles ont été prises. Vous pouvez les imprimer et créer une
affiche ou une page Web comportant un texte descriptif.
r
5. Construisez un modèle du système solaire à l’échelle, aussi
précis que possible. Vous pouvez représenter les planètes en
deux dimensions, mais il est possible de faire preuve de plus
de créativité et d’audace en construisant un modèle tridimensionnel. Dans ce cas, on pourra créer une simulation
informatique à l’aide d’un programme de dessin ou de
modélisation à trois dimensions. Expliquez comment vous
avez élaboré votre modèle.
Nouvelle
lune
T
v
4. Dans la liste suivante, choisissez deux catégories d’objets et
faites une recherche sur leur formation : planètes, comètes,
astéroïdes, étoiles, nébuleuses planétaires, novae, supernovae,
trous noirs, galaxies spirales et elliptiques. Quels types
d’instruments ont produit les données qui ont permis d’en
arriver à ces conclusions?
Pleine
lune
d’une boîte de 25 cm de hauteur environ. Placez-la à l’extérieur, dans un endroit plat et ensoleillé, en orientant l’un des
coins vers le Nord. Fixez une grande feuille de papier au coin
Nord et orientez-la d’Ouest en Est. Les dimensions de la feuille
de papier doivent être le double de la hauteur de la boîte. Sur
la feuille, marquez le point de contact des coins Nord et Sud.
Chaque jour à 8 h, midi et 16 h, marquez la position de l’ombre
projetée par la pointe du coin Nord et indiquez l’heure de
l’observation à côté de chaque marque. À la fin de chaque
journée, tracez une courbe régulière passant par les trois
points. Les ombres tombent-elles toujours au même endroit?
Dans la négative, quelle différence remarque-t-on entre deux
jours consécutifs?
5. Faites un schéma détaillé d’un radiotélescope. Racontez
l’histoire de son évolution et expliquez son fonctionnement.
ES
10
3. Écrivez l’histoire d’un voyage à destination de votre
planète, étoile ou galaxie préférée. Qu’y trouvez-vous? Soyez
précis et faites preuve d’imagination.
Premier quartier
Les astres errants
Le mot planète vient du grec et signifie « astre errant ». Il y a
des milliers d’années, les humains tentaient de donner un sens
à ce qu’ils voyaient dans le ciel. Les planètes connues alors,
appelées les cinq astres errants, intriguaient beaucoup
les premiers observateurs, qui se demandaient quelle force
leur permettait de se déplacer ainsi sur la voûte céleste.
Aujourd’hui, on sait que les planètes décrivent une orbite
autour du Soleil en suivant l’écliptique (plan du système
solaire); elles traversent ainsi plusieurs constellations, dites du
zodiaque, qui forment un arrière-plan. Parmi les neuf planètes
du système solaire, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne
sont les cinq qui sont visibles à l’œil nu; la luminosité de toutes
ces planètes est au moins aussi forte que celle des étoiles de
première magnitude, et elles sont souvent beaucoup plus
brillantes. On peut voir Uranus et Neptune avec une bonne
paire de jumelles. Seule l’observation de Pluton nécessite
l’utilisation d’un télescope de 15 cm ou plus. On aperçoit
rarement la planète Mercure, qui n’est visible que quelques
semaines par année parce que son orbite est très petite, de sorte
qu’elle est toujours près du Soleil.
Cadran solaire : Fabriquez un cadran solaire simple à l’aide
L'
2
2. Sur la carte du ciel au recto de cette affiche, choisissez cinq
constellations. Chez vous, tentez de les trouver dans le ciel
nocturne. Pendant une période d’une ou deux semaines,
tenez un journal de vos observations et dessinez les étoiles, les
constellations et les planètes que vous verrez ainsi que
la position de la Lune. Présentez vos résultats aux élèves de la
classe. Faites la liste du matériel utilisé et notez soigneusement
les dates et les heures.
Le cycle de la Lune
Ceux qui ont observé les phases de la Lune connaissent bien la
trajectoire de notre satellite naturel sur son orbite, c’est-à-dire
autour de notre planète. Le cycle lunaire dure 29 jours et demi.
ACTIVITÉS POUR LES ÉLÈVES
À
i e r
v r
f é
1. Les étoiles, les constellations, les galaxies et les planètes
portent des noms intéressants. Choisissez un objet de chaque
type et faites une recherche sur l’histoire de son nom. Quelle
est sa signification? Donnez une explication détaillée.
Dans l’Univers, tout est toujours en mouvement.
le ciel. L’activité avec le cherche-étoiles permettra aux
enseignants et aux élèves de trouver quelles étoiles et quelles
constellations sont visibles de la plus grande partie du Canada à
différentes dates au cours de l’année.
Ce télescope de 15 m situé sur le Mauna
Kea est le produit d’un partenariat entre le
Royaume-Uni, le Canada et les Pays-Bas.
Depuis son inauguration en 1987, les
radiotélescopes du TJCM ont permis de
sonder le milieu interstellaire, les régions
de formation des étoiles et les premières
phases de l’évolution galactique par l’étude
4. On pense habituellement que les télescopes servent surtout
à grossir l’image d’objets lointains, mais les astronomes ont
un point de vue différent et cherchent toujours à construire
des instruments de plus en plus gros. Savez-vous pourquoi?
Indice : La pupille de votre œil a un diamètre de 1 cm environ.
Comparez sa surface (« pouvoir collecteur de lumière ») avec
celle du miroir primaire de l’un des télescopes Gemini.
5
ACTIVITÉS POUR LES ÉLÈVES
MOUVEMENTS DES OBJETS CÉLESTES
Télescope James-Clerk-Maxwell(TJCM)
3. Faites une recherche pour trouver cinq contributions
canadiennes au domaine de l’astronomie. Indice : Allez voir
www.cascaeducation.ca
r
Les trous noirs
Lorsqu’elles ont épuisé leur source d’énergie, les étoiles les
plus massives meurent et on pense qu’elles deviennent alors
des trous noirs. Il s’agit d’objets massifs extrêmement denses
produisant une force gravitationnelle si puissante qu’aucune
matière ni lumière ne peut s’en échapper. Les trous noirs de
ce type pourraient être les précurseurs d’autres trous noirs
beaucoup plus massifs qui se trouvent au centre des galaxies.
Alors qu’ils étudiaient des étoiles émettant des quantités
énormes de rayons X, des astronomes canadiens ont décelé
les premiers indices de la présence de petits trous noirs dans
la Voie Lactée ainsi que dans les Nuages de Magellan, qui
sont voisins de celle-ci. Au centre de nombreuses galaxies,
on trouve des trous noirs supermassifs qui contiennent
quelques millions à quelques milliards de fois la masse du
Soleil. En 1987, grâce au TCFH, un astronome canadien a
détecté un trou noir massif au centre de la galaxie
d’Andromède. L’existence même des trous noirs revêt un
grand intérêt scientifique parce que leur étude permettra
peut-être de mieux comprendre certains phénomènes
étranges observés dans l’Univers. Si ces objets sont réellement « noirs » au sens où aucune lumière ne s’en échappe,
comment les astronomes parviennent-ils à les détecter? À
l’aide d’instruments appelés spectrographes, ils étudient le
mouvement de la matière qui est aspirée par la force gravitationnelle des trous noirs.
optiques situés à 230 m d’altitude sur
Observatory Hill, à 17 km au nord de
Victoria, en Colombie-Britannique.
Grâce aux améliorations constantes qui
lui ont été apportées, le télescope Plaskett
de 1,8 m (1918) reste très productif. Pendant les deux premières
décennies de son existence, il a servi à effectuer des mesures
précises des dimensions et de la masse de la Voie Lactée.
Les visiteurs ont la chance de voir ce télescope en action au
Centre de l’Univers.
Le télescope McKellar de 1,2 m (1962) sert à l’analyse précise
des propriétés des étoiles; il a également servi à mettre au point les
méthodes de recherche de planètes autour des étoiles proches.
2. Faites un schéma détaillé d’un télescope optique et expliquez
son fonctionnement. Indice : Prenez connaissance de l’explication
dans ce texte.
i
galaxie nommée Voie Lactée. S’il était possible de voyager à
la vitesse de la lumière pendant des centaines de milliers
d’années et de se retourner pour regarder la Voie Lactée,
on verrait un immense disque en forme de spirale d’environ 90 000 années-lumière de diamètre et formé de
plusieurs centaines de milliards d’étoiles. Les plus vieilles
étoiles de la Voie Lactée seraient âgées de 12 ou 15 milliards
d’années environ.
3
Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) met
des télescopes à la disposition des astronomes du pays et de leurs
étudiants pour leurs recherches. Les plus gros instruments
appartiennent à des groupes internationaux et sont situés dans
les meilleurs sites des hémisphères Nord (à 4 200 m d’altitude sur
le Mauna Kea, à Hawaii) et Sud (à 2 700 m sur le Cerro Pachón,
au Chili), qui offrent plus de 300 nuits claires par an. Le CNRC
exploite également des radiotélescopes et des télescopes optiques
dans ses installations. Le Centre de l’Univers accueille les visiteurs en
C.-B. L’Institut Herzberg d’astrophysique du CNRC conçoit et
construit ces instruments perfectionnés et crée les logiciels qui
leur permettent de détecter les signaux en provenance des
régions les plus lointaines de l’Univers. L’accès à ces télescopes
donne lieu à une certaine concurrence entre les astronomes;
ceux-ci ne peuvent passer que quelques nuits d’observation (ou
quarts) par année à l’une ou l’autre des installations, et ils
consacrent la plus grande partie de leur temps de recherche à
analyser les données recueillies pendant ces quelques nuits.
Le CNRC exploite deux télescopes
1. Comment devient-on astronome? Quelles sont les qualifications et les études qui sont requises? Faites une recherche sur
cette profession et rédigez un profil. Énumérez les différentes
spécialités de l’astronomie et nommez cinq endroits où des
astronomes sont à l’œuvre.
15
Remarque intéressante : Nous nous trouvons dans une
6
La réfraction est la déviation d’un rayon de lumière. Les télescopes réfracteurs comportent une série de lentilles servant à
capter la lumière visible. Comme la construction d’un télescope
de grande taille équipé d’un miroir est plus facile que celle d’un
instrument muni de lentilles, la majorité des télescopes en
service à l’heure actuelle sont des réflecteurs. Les télescopes
réflecteurs comportent un miroir primaire concave placé à leur
extrémité inférieure, généralement de forme parabolique. Ce
miroir réfléchit la lumière en provenance de l’objet observé en
la concentrant sur un point focal. Dans de nombreux cas, la
lumière est ensuite interceptée par un miroir plus petit; celui-ci
la réfléchit à son tour vers un orifice pratiqué dans le miroir
primaire, derrière lequel on peut placer un instrument servant à
LES INSTALLATIONS DU CNRC
Télescopes de l’Observatoire fédéral
d’astrophysique (OFA-CNRC)
ACTIVITÉS POUR LES ÉLÈVES
25
L’origine des étoiles et des galaxies
On pense que la plupart des étoiles se forment au sein de
nuages moléculaires sombres constitués de poussières et de gaz
(voir l’endos). Ces nuages se trouvent dans les galaxies, qui sont
des systèmes immenses où les étoiles se comptent par milliards.
Et l’Univers est lui-même peuplé de milliards de galaxies! Bon
nombre des observations faites sur les galaxies surprennent
beaucoup les astronomes. Comment se sont-elles formées à
partir de la matière issue du Big Bang? Pourquoi ne sont-elles
pas uniformément réparties dans l’espace? Ont-elles le même
aspect aujourd’hui que lors de leur formation, il y a des
milliards d’années? Pourquoi ne voit-on que 10 % de la matière
qui, selon les observations, est présente dans les galaxies?
12
Les télescopes optiques réflecteurs et réfracteurs (voir figures)
focal situé au-dessus de son centre. Un récepteur situé à cet
endroit les convertit en un signal électrique qui est ensuite traité
par un ordinateur. Contrairement aux télescopes optiques, les
radiotélescopes permettent de « voir » à travers les nuages de
poussière. Les astronomes se servent à la fois des radiotélescopes
et des télescopes optiques pour tracer un portrait aussi complet
que possible d’une région donnée de l’espace. Il existe deux
types de radiotélescopes : à antenne simple ou à antennes
multiples (interféromètre). Pour créer une image, on effectue
un balayage du ciel à l’aide d’un instrument à antenne simple,
ou bien on pointe un groupe de télescopes vers une source
d’émissions radio, puis on les laisse parcourir cette région sous
l’effet de la rotation de la Terre. Ce mouvement génère une
séquence de signaux en provenance des différentes parties de la
source, dont l’ordinateur peut ainsi produire une image.
20
L’immensité de l’Univers
Lorsqu’on observe l’Univers, que ce soit à l’œil nu, avec des
jumelles ou un télescope, on voit le passé. La lumière qui
provient d’un objet lointain met un certain temps à nous parvenir, bien qu’elle voyage à 299 792 km/s. La Lune se trouve à
environ 400 000 km de la Terre, et la lumière réfléchie par sa
surface nous arrive donc après un délai de moins de deux
secondes. La lumière émise par notre étoile, le Soleil, nous
parvient après 8 1/3 minutes; celle qui vient de l’étoile la plus
près de nous met 4 1/3 années et celle de la galaxie la plus
proche doit voyager pendant 150 000 ans. L’immensité de
l’Univers est donc vraiment prodigieuse. Sur les photos prises
par le télescope Hubble, on voit des galaxies qui se trouvent à
une distance de 5 à 10 milliards d’années-lumière. La lumière
que nous en recevons a donc commencé son voyage à travers
l’espace à une époque où le Soleil et les planètes, dont la
Terre, n’existaient même pas!
Rayons
gamma
chimiques. Le simple fait qu’il soit possible de détecter un objet
à une certaine longueur d’onde représente un indice intéressant
pour l’astronome.
Il y a plusieurs grands types de télescopes : les télescopes
optiques captent la lumière visible; d’autres instruments tels
que les radiotélescopes permettent de recueillir les rayonnements invisibles à l’œil humain. Depuis la première lunette
(sorte de télescope optique) utilisée par Galilée au XVIIe siècle,
on a mis au point des instruments de plus en plus puissants,
notamment le télescope spatial Hubble et les nouveaux
télescopes Gemini. En 1932, Jansky a inventé le radiotélescope,
ce qui a mené à la construction d’installations comme le
télescope James-Clerk-Maxwell.
Essentiellement, le fonctionnement d’un télescope dépend
peu de la région du spectre électromagnétique observée. Un
élément tel qu’une lentille, un miroir ou une antenne capte le
rayonnement et le concentre sur un détecteur. Les télescopes
optiques sont munis d’un type particulier de dispositifs à couplage
de charge comme ceux qu’on trouve dans les vidéocaméras; les
radiotélescopes sont équipés de récepteurs spéciaux ressemblant
à ceux dont sont dotés les appareils de radio ou de télévision.
H
e
L’astronomie est la recherche de réponses à des questions
passionnantes qui portent sur l’Univers et les objets célestes.
Les adultes tout comme les enfants se demandent souvent
quelle est la taille de l’Univers ou quelle est la distance
qui nous sépare des étoiles. En 1916, après avoir étudié des
modèles mathématiques, Albert Einstein constata que
l’Univers était en expansion, bien que cette idée l’ait laissé
tout à fait incrédule. Plus tard, les observations faites par
Vesto et Edwin Hubble ont confirmé que c’était bien vrai.
Cette découverte a également permis de tirer la conclusion
suivante : l’Univers était, à un moment donné, entièrement
concentré au même endroit, et a commencé son expansion
il y a environ 12 ou 15 milliards d’années. C’est ce que l’on
appelle aujourd’hui le « Big Bang ». De nombreux
astronomes s’affairent à mesurer l’âge de l’Univers avec le
plus de précision possible.
25
Rayons X
miroir primaire concave
H
5H
LE TEMPS ET L’ESPACE
50
Infrarouge
oculaire
objectif
entré en service en 1979, est le résultat d’un partenariat entre le Canada,
la France et l’Université de Hawaii.
Au TCFH, de nouvelles techniques ont été mises en œuvre pour la première fois, notamment
l’« optique adaptative » qui permet d’éliminer le scintillement
des étoiles causé par le mouvement incessant de l’atmosphère
terrestre; c’est ce qui a valu au TCFH la réputation de produire
des images très nettes.
Le TCFH a joué un rôle essentiel dans les travaux des
astronomes canadiens; en effet, grâce à lui, ils ont pu étudier
les trous noirs massifs situés au centre des galaxies ainsi que
l’évolution des étoiles, et ils ont démontré que l’expansion de
l’Univers se poursuivra indéfiniment.
▲
H
Les astronomes étudient les caractéristiques physiques de
l’Univers pour tenter de répondre à certaines questions :
Qu’est-ce qui fait briller les étoiles? Comment les trous noirs
se forment-ils? La vie existe-t-elle sur d’autres planètes?
Pourquoi 90 % de la matière de l’Univers est-elle invisible? Ils
recherchent des indices dans l’espoir de résoudre ces mystères
et d’améliorer notre connaissance de la nature. Comme de
bons détectives, les astronomes doivent faire preuve
100
Microondes
miroir secondaire convexe
▲
4
COMMENT DÉFINIR L’ASTRONOMIE?
200
Ondes
radio
Gracieuseté de l’Observatoire Gemini
Le TCFH, un télescope optique
18 H
19
20
▲
d) communiqueront et travailleront en équipe pour rassembler
et partager des informations afin de compléter les connaissances acquises dans le cadre de cette unité d’enseignement.
LO N G U E U R D ' O N D E
Figure 2 : Télescope réflecteur Cassegrain
Télescope Canada-France-Hawaii
(TCFH) de 3,6 m de diamètre
▲
▲H
3
c) analyseront et interpréteront des données, des concepts et
des systèmes scientifiques, et ils évalueront les modèles
scientifiques existants;
Tous les objets qu’on observe dans l’espace émettent des ondes
radio qui peuvent être captées par un radiotélescope. Une
antenne de radiotélescope est une large soucoupe métallique
incurvée qui ressemble à une antenne parabolique de télévision;
elle capte les ondes radio et les reflète en direction d’un point
T
b) produiront et recueilleront des données en faisant un usage
efficace des instruments, et ils feront appel à d’autres sources
d’information comme la bibliothèque et l’Internet;
Les radiotélescopes, des capteurs de rayonnement invisible
Cet observatoire, situé près de Penticton
en Colombie-Britannique, exploite le radiotélescope équipé de sept antennes qui
cartographie de grandes régions du plan de
la Voie Lactée (voir l’endos). Cela permettra
d’étudier l’évolution du milieu interstellaire
entre la naissance et la mort des étoiles.
Le radiotélescope de 26 m de diamètre
peut fonctionner seul, par exemple pour l’étude des pulsars; le
plus souvent, cependant, on s’en sert conjointement avec le
télescope à sept antennes pour effectuer une cartographie plus
précise de la Voie Lactée.
Depuis 1946, un petit radiotélescope enregistre tous les jours
le rayonnement radio émis par le Soleil. Ces données permettent
aux astronomes du monde entier d’étudier, par exemple, les effets
des interactions Soleil-Terre (changements climatiques à long
terme), ou bien de prévoir les perturbations causées par les tempêtes solaires sur les communications et le transport d’électricité.
ES
Les élèves de tous les niveaux :
a) amorceront et planifieront des expériences, formuleront
des idées et des hypothèses, et évalueront l’information, les
procédés et l’instrumentation;
Le spectre électromagnétique, une fenêtre sur l’Univers
Les astronomes exploitent le rayonnement électromagnétique
détecté par différents types de télescopes pour étudier la
position, la composition, la température, le mouvement et les
propriétés magnétiques des objets célestes. Le rayonnement
électromagnétique se propage dans l’espace sous forme d’ondes
voyageant à la vitesse de la lumière (299 792 km/s). Il existe
plusieurs types d’ondes électromagnétiques, qui vont des ondes
radio de très basses fréquences aux rayons gamma de hautes
fréquences en passant par le rayonnement infrarouge, la
lumière visible et les rayons X. Ensemble, ces longueurs d’onde
forment le spectre électromagnétique. Toute onde électromagnétique se caractérise par sa fréquence et sa longueur d’onde,
qui sont inversement proportionnelles, c’est-à-dire que plus la
fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est faible.
Figure 1 : Télescope réfracteur
l’analyse; on évite ainsi d’avoir à placer les instruments à une
certaine hauteur au-dessus du miroir primaire.
R E P L I E Z L E S R A B AT S L E L O N G D E S L I G N E S
POINTILLÉES AFIN DE RETENIR LA CARTE DU CIEL.
OU
Les matières connexes sont les suivantes :
Sciences (Terre et espace, sciences physiques, optique),
histoire, géographie, langues, arts visuels
LES OUTILS DE L’ASTRONOME
Les télescopes, outils essentiels de l’astronome
Les télescopes permettent de capter et d’étudier le rayonnement
électromagnétique en provenance de régions de l’Univers très
éloignées de nous. Il existe plusieurs types de télescopes, qui servent à observer différentes parties du spectre. Les objets tels que
les planètes, les étoiles, les nébuleuses gazeuses et les galaxies
lointaines n’ont pas le même aspect selon la région du spectre
qui est « observée » parce que diverses parties d’un objet ont des
rayonnements différents selon la température et les conditions
Télescopes de l’Observatoire fédéral de
radioastrophysique (OFRA-CNRC)
AU N O R D
Le Ciel au Canada vise à mieux faire connaître le domaine de
l’astronomie et à mettre en valeur le travail novateur effectué
par les astronomes canadiens. Il a également pour objet de
permettre aux enseignants et aux élèves de découvrir
quelques notions d’astronomie. La carte du ciel qui se trouve
au recto de cette affiche est un outil permettant d’identifier
les étoiles et les constellations visibles de l’hémisphère Nord
au cours de l’année. Des activités ont été conçues pour compléter le contenu de ce document et susciter la curiosité des
élèves. Cette unité d’enseignement est conforme au Cadre
commun de résultats d’apprentissage des sciences de la nature
élaboré par le Conseil des ministres de l’Éducation du
Canada. Les diverses parties sont recommandées pour des
niveaux allant de la 6e à la 11e année.
de logique, d’imagination et
d’intuition pour résoudre des
problèmes, et ils y trouvent
beaucoup de plaisir. Lorsqu’ils
publient leurs idées, leurs
confrères les testent soigneusement pour les vérifier.
Les astronomes doivent recevoir une formation spécialisée
et avoir accès à des technologies avancées. Pour réussir, les
astronomes professionnels doivent avant tout posséder de
solides connaissances en physique et en mathématiques et,
souvent, ils doivent aussi s’y connaître en informatique ou en
génie, voire même dans ces deux domaines.
Contrairement à la plupart des chercheurs scientifiques, les
astronomes ne peuvent pas toucher les objets qu’ils étudient
parce que ceux-ci sont situés à des distances colossales; de
façon générale, l’astronomie n’est donc pas une science
expérimentale mais plutôt une science d’observation.
FIGURE B
L'
INTRODUCTION
Votre guide du ciel nocturne
de leurs émissions de micro-ondes.
Dans la comète Hale-Bopp (1997), les astronomes travaillant
au TJCM ont découvert des molécules complexes qui n’avaient
jamais été détectées dans une comète auparavant.
Q U O I FA I R E :
1. Voyez les figures A et B et photocopiez-les. 2. La figure A est une version réduite de la carte du ciel au recto de l'affiche. Découpez le cercle représentant
la carte du ciel et collez-le sur une feuille de carton. 3. La figure B est un guide qui vous permettra de savoir quelles étoiles et constellations sont visibles
dans le ciel selon l'heure et la date. Découpez l'ovale tel qu’indiqué et repliez les rabats. 4. Glissez la carte du ciel dans les rabats. 5. Pour trouver les
étoiles et constellations qui sont visibles à une certaine date ou pendant un mois donné, faites simplement pivoter le cercle représentant la carte du ciel
pour l'amener à la date et à l'heure correspondantes. La partie du ciel qui apparaît dans l'ovale est celle qui est visible.
LE CIEL AU
CANADA
Le projet Gemini est un partenariat
international entre les États-Unis, le
Royaume-Uni, le Canada, le Chili,
l’Australie, l’Argentine et le Brésil.
Deux télescopes optiques, situés chacun
dans un des deux hémisphères, permettent
aux astronomes d’étudier l’ensemble du ciel.
Les obser vations scientifiques ont
commencé en l’an 2000 à Gemini-Nord
(Mauna Kea) et un an plus tard à Gemini-Sud (Cerro Pachón).
Ces télescopes sont conçus pour donner des images d’une
précision remarquable. Le Canada fournit un équipement
perfectionné grâce auquel les utilisateurs de Gemini pourront
faire nombre de découvertes scientifiques.
À
Télescopes Gemini de 8 m de diamètre